Wir bringen Glas in Form! - Metall

Werkstoff-Engineering
Blitzschnell verschleißfeste Bauteile
Bauteile, die starkem Verschleiß ausgesetzt sind, werden
häufig in sehr hohen Stückzahlen hergestellt,
etwa Schneidplättchen für Bandsägen. Oft fertigt man
sie aus Stahlpulvern, dank denen man den Werkstoff maßschneidern
kann. Grobe, harte Partikel werden in die weichere
Stahlmatrix eingebettet, sodass sie sich Furchen entgegenstellen,
während die weiche Matrix Risse verhindert.
Diese Pulver lassen sich zu neuen, komplexen Formen
zusammenfügen. Der Werkstoff kann für die individuellen
Aufgaben eines Werkzeugs maßgeschneidert werden und
ist besonders verschleißbeständig. So kann man etwa durch
Zumischen grober, harter keramischer Partikel zum Stahlpulver
eine deutliche Verbesserung des Verschleißschutzes
erreichen. Das Stahlpulver bildet dabei das Bindemittel,
das die harten Partikel umschließt. Solche Mischungen aus
Metallpulver und keramischen Partikeln (Hartphasen) werden
als Metal Matrix Composite (MMC) bezeichnet. MMCs
haben sich in vielfältigen Verschleißanwendungen als
herausragend erwiesen. Herkömmliche Herstellungsverfahren,
wie etwa Drucksinterverfahren, sind aber sehr aufwendig
und teuer: Das Pulver muss bei über 1000 °C und
über 1000 bar Druck über mehrere Stunden in einem Ofen
verdichtet werden. Die lange Dauer des Prozesses ermöglicht
außerdem unerwünschte Prozesse
im Material. Manche Hartstoffe
lösen sich dabei auf und können nicht
verwendet werden, obwohl sie für die
spätere Anwendung optimale Eigenschaften
bieten würden.
Spark Plasma Consolidation
Die Bochumer Forscher um Dipl.-
Ing. Philipp Schütte setzen daher auf
eine neue Methode: die Spark Plasma
Consolidation (SPC). Dazu wird elektrische
Energie in Kondensatoren
Metall & Technik
An der Ruhr-Universität Bochum haben Werkstofftechniker ein neuartiges Verfahren entwickelt, das die Herstellung
verschleißfester Stahlbauteile innerhalb von wenigen Millisekunden ermöglicht.
Innerhalb des verdichteten Bauteils zeigt das erstarrte Gefüge eine deutlich feinere Struktur.
Das Spark-Plasma-Consolidation-
Verfahren (SPC) kombiniert eine
Pulverpresse mit einer kondensator-
Entladungseinheit.
gespeichert und dann impulsartig in eine Metallpulvermischung
entladen. Die entstehende Hitze verdichtet das Pulver
blitzschnell zu festen Bauteilen. Die Methode ist ener-
Die Hydraulik der Pulverpresse drückt auf zwei
gegenüberliegende kupferstempel und
ver dichtet ein dazwischen liegendes Stahlpulver.
gieeffizienter als herkömmliche Verfahren und erlaubt die
Herstellung neuer Materialien mit speziellen Eigenschaften.
Funken sprühen dabei zwar keine, aber Kern der Methode
ist die blitzartige Entladung von bis zu 80.000 Wattsekunden.
Das zu verdichtende Pulver wird dabei zwischen zwei
Stempel aus einer Kupferlegierung gepresst, die gleichzeitig
die Kontakte für die Stromentladung darstellen. Da
die gesamte Energie durch das Pulver geleitet wird, ist die
Methode sehr effizient – im Gegensatz zum Ofen, wo viel
Energie als Wärme verloren geht. Das fertig verdichtete
Werkstück lässt sich nach der Entladung per Hand aus der
Anlage nehmen.
Was genau bei der Entladung im Werkstoff passiert,
haben die Forscher untersucht: Die Partikelränder
schmelzen, die Schmelze wird in die Zwischenräume
gepresst und erstarrt dort. Für Auflösungsprozesse bleibt
keine Zeit. Das erlaubt auch die Verwendung von Materialien,
die sich bei herkömmlichen Herstellungsprozessen
auflösen würden. Sogar Diamanten lassen sich mit der
Methode einbinden.
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11 | 2011 39